JP6012140B2 - ガス燃料供給装置、高圧ガス噴射ディーゼル機関及び高圧ガス噴射ディーゼル機関の液化ガス燃料供給方法 - Google Patents

Description

本発明は、たとえば船舶の主機関や発電機駆動機関等に適用される天然ガス等のガス燃料供給装置、高圧ガス噴射ディーゼル機関及び高圧ガス噴射ディーゼル機関の液化ガス燃料供給方法に関する。

従来、液化天然ガス（以下、「ＬＮＧ」という。）が気化した天然ガスを燃料として運転するディーゼル機関は多数存在するが、近年、現存する油焚低速ディーゼル主機関の環境排出性能を改善する対策として、高圧ガス噴射型低速２サイクルディーゼル機関（以下、「ＳＳＤ−ＧＩ」という。）が注目されている。このＳＳＤ−ＧＩは、ディーゼル機関の中では最も高熱効率及び大出力の機関であり、かつ、低速での出力が可能な機関であり、プロペラに直結して駆動することができる。
しかし、天然ガスを燃料とするＳＳＤ−ＧＩの場合には、実績のある油焚のディーゼル機関とは異なり、燃焼室内に天然ガスを高圧（約１５０〜３００ｂａｒまで）で供給する高圧噴射技術が成熟しておらず、未だＬＮＧ燃料供給に関して確立された技術は見当たらない。

従来、ＳＳＤ−ＧＩがＬＮＧ船の主機関候補とされていた頃には、略大気圧のボイルオフガス（以下、「ＢＯＧ」という。）を多段ガス圧縮機にて圧縮し、さらに、圧縮過程又は圧縮後にＢＯＧを冷却してからエンジン燃料に用いる方法が検討されてきた。しかし、ＢＯＧを圧縮及び冷却する方法は、大規模な設備を必要とし、しかも大きな動力を消費することが欠点とされてきた。
一方、ＬＮＧ船でＢＯＧの再液化システムが実現された昨今では、ＢＯＧを燃料とせずに液化保存することが可能になっている。このため、BOGの有効利用の観点から従来のＬＮＧ船ではＢＯＧを燃料とする方法に努力が払われてきたが、ＬＮＧを主機関の主燃料とすることにこの点での障害はなくなってきている。また、ＬＮＧ船以外の船舶でＬＮＧを燃料とする場合には、加圧方式のＬＮＧタンクを用いることによりＢＯＧ処理が不要である。

このような背景から、近年の船舶においては、主機関等の燃料として良好な環境排出性能を有しているＬＮＧの使用が注目されるようになり、ＬＮＧの使用方法等に関する種々の研究開発が活発になっている。
さて、天然ガスを高圧噴射して燃料供給する方法としては、ＬＮＧを高圧化してから加熱・気化させることが考えられる。このようなＬＮＧの高圧化は、往復ポンプを使用した昇圧が一般的である。この往復ポンプは、サイクル速度が３００ｒｐｍ程度であるから、一般的な電動機速度の回転速度である１８００〜３６００ｒｐｍと比較すればかなり低速となる。このため、往復ポンプを電動機により駆動する場合には、往復ポンプのサイクル速度まで減速する機構が必要となる。

また、往復ポンプの運転に使用される一般的な減速機構としては、ギアード方式やプーリー方式が知られている。ギアード方式の減速機構は、歯数の異なる複数の歯車を組み合わせた減速機構であり、プーリー方式の減速機構は、Ｖベルトで連結した大小のホイールを回転させる構造である。
なお、液化ガスの再ガス化プラントにおいては、たとえば下記の特許文献１に開示されているように、貯蔵タンク内から取り出した液化ガスの圧力を、液体の状態でポンプにより昇圧させて高圧化することが行われている。

特開２００９−２０４０２６号公報

上述したように、近年の船舶においては、主機関の燃料としてＬＮＧの注目度が増しているものの、燃焼室内に天然ガスを高圧で噴射するための高圧ガス供給技術は確立されていない。そして、天然ガスをエンジン燃料として高圧噴射するためには、往復式ポンプによるＬＮＧの高圧化が必要になると考えられており、往復式ポンプの駆動制御に関する下記の問題が指摘されている。すなわち、往復ポンプの駆動源として電動機を用い、減速機構を介在させて往復ポンプのサイクル速度まで減速する運転方式を採用すると、減速機構や電動機に関して下記の問題が生じてくる。

第１の問題は、往復式ポンプの電動機駆動に必要となる機械的な減速機構に関するものである。
具体的に説明すると、ギアード方式の減速機構は、往復ポンプ側からのトルク変動による歯車歯面や歯元へのダメージが予想されるため、長時間連続運転に対する耐久性を考慮すると、トルク変動を緩衝するための弾性継手や慣性ホイールなど、カップリングに考慮が必要になる。
一方、プーリー方式の減速機構は、ピストンポンプ特有のトルク変動をベルトのスリップにより緩和できるという利点を有しているものの、ベルトは短期間での交換を必要とする消耗品であるから、長期間の連続使用に不向きな方式である。また、プーリー方式の減速機構は、露出する高速接触部で火花の発生が懸念されるため、ガス危険区域への設置は安全上好ましくない。

第２の問題は、往復ポンプを駆動する電動機に関するものである。
具体的に説明すると、電動機は、減速機構により往復ポンプのサイクル速度まで減速する場合、上述したギアード方式及びプーリー方式のいずれの方式を採用しても周波数制御機構（インバータ）が必要となる。しかし、電動機の周波数制御機構は低周波数での精度に難があるため、制御範囲が広く、かなりの低速回転領域でも高精度の制御を必要とする場合には不利である。

また、電動機等の電気機器類をガス危険区域に設置する場合には、使用可能な機器の選択に制約を受けるため、電動機駆動の往復ポンプをガス危険区域に設置するには多くの制約を受けることとなる。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、たとえば高圧ガス噴射型低速２サイクルディーゼル機関のように、燃焼室内に燃料ガス（たとえば天然ガス）を高圧で供給するような高圧ガス噴射ディーゼル機関に適用される高圧噴射技術において、ガス危険区域へ容易に配置可能な往復式ポンプを用いて燃料の液化ガス（たとえばＬＮＧ）が高圧化されるガス燃料供給装置、このガス燃料供給装置を備えた高圧ガス噴射ディーゼル機関、及び高圧ガス噴射ディーゼル機関の液化ガス燃料供給方法を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係るガス燃料供給装置は、高圧ガス噴射ディーゼル機関の燃焼室内へ燃料ガスを噴射するために液化ガスを高圧で供給するガス燃料供給装置であって、油圧モータにより駆動されて導入した液化ガスを所望の圧力まで昇圧して吐出する往復式ポンプと、電動機により駆動されて主油溜タンクから油圧油を吸入する可変容量型の油圧ポンプから前記油圧モータに駆動用の油圧を供給する油圧ポンプユニットと、前記往復式ポンプから供給される昇圧後の液化ガスを加熱して気化させる加熱装置と、前記油圧モータの回転速度を調整して前記往復式ポンプから前記加熱装置に供給される液化ガスの流量を制御する制御部と、前記燃焼室内へ噴射するガス燃料圧力を調整するエンジン入口ガス減圧弁と、前記往復式ポンプで昇圧された液化ガスを前記加熱装置の上流側から分岐させて吸入ドラムに流す流量調整弁を備えた再循環ラインと、を備え、前記油圧モータの回転速度を制御できない低速領域で前記往復式ポンプから前記加熱装置に供給される液化ガスの流量を絞る場合は、前記油圧モータを制御が可能な回転数領域に維持しながら、前記流量調整弁の開度を増して再循環流量を増すように構成され、
前記油圧ポンプユニットと前記油圧モータとの間を接続する油圧供給ラインから分岐して副油溜タンクに接続され、前記油圧供給ラインから前記副油溜タンクに向かう方向の油圧流れを阻止する逆止弁を設けた真空防止ラインを備え、
前記副油溜タンクは、前記主油溜タンクと別体構造であり、これら両油溜タンク間は油圧油連結管により接続され、前記油圧油連結管に、前記副油溜タンクの油圧油を前記主油溜タンクに戻す油移送ポンプと、この戻される油圧油を冷却する油冷却器とが設けられていることを特徴とするものである。

このようなガス燃料供給装置によれば、油圧モータにより駆動されて導入した液化ガスを所望の圧力まで昇圧して吐出する往復式ポンプと、電動機により駆動される可変容量型の油圧ポンプから前記油圧モータに駆動用の油圧を供給する油圧ポンプユニットと、前記往復式ポンプから供給される昇圧後の液化ガスを加熱して気化させる加熱装置と、前記油圧モータの回転速度を調整して前記加熱装置のガス燃料出口圧力を一定に保つ制御部と、前記燃焼室内へ噴射するガス燃料圧力を調整するエンジン入口ガス減圧弁と、を備えているので、往復式ポンプを駆動する油圧モータの回転速度が油圧ポンプの容量制御（油量制御）によってなされ、機械的な減速機構や電動機の回転数制御は不要となる。
また、油圧モータで駆動する往復式ポンプと、油圧モータに油圧を供給する油圧ポンプユニットとの間は、互いを油圧配管により接続して別置きすることが可能であるから、電気機器や減速機構のない往復式ポンプは、ガス危険区域内への設置が容易になる。
さらに、油圧モータの回転速度を制御できない低速領域や危急で液化ガス量を絞る場合には、流量調整弁の開度調整により再循環ラインを流れる再循環流量の制御による対応が可能となる。
しかも、油圧ポンプユニットと油圧モータとの間を接続する油圧供給ラインから分岐して低圧ラインに接続され、油圧供給ラインから低圧ラインに向かう方向の油圧流れを阻止する逆止弁を設けた真空防止ラインを備えているため、油圧系統の緊急停止時等において、低圧ラインから油圧油を吸い上げることで油圧モータ内が真空になることを防止できる。

上記の発明において、前記制御部は、前記油圧ポンプの可変容量制御により前記油圧モータの回転速度を調整して前記ガス燃料出口圧力を一定に保つことが好ましく、これにより、油圧モータの回転数は、低回転数領域から高回転数領域まで広範囲にわたる高精度の制御が可能になる。従って、往復式ポンプから加熱装置に供給される液化ガスの高精度な流量制御が可能となり、この結果、加熱装置から気化して流出するガス燃料の圧力であるガス燃料出口圧力も高精度な制御が可能になる。

上記の発明において、前記往復式ポンプ、前記油圧ポンプユニット及び前記加熱装置を具備してなる複数のガス燃料供給系統を備え、各ガス燃料供給系統の油圧系統が相互利用可能に接続されていることが好ましく、これにより、油圧系統の冗長性を向上させることができる。

上記の発明において、前記エンジン入口ガス減圧弁は、前記高圧ガス噴射ディーゼル機関の燃焼室内へ前記ガス燃料を噴射する高圧供給（以下、「高圧モード」という。）と、前記ガス燃料をガススパーク式オットーサイクルエンジンの燃料として供給する低圧供給（以下、「低圧モード」という。）とを実現できるので、低圧モードにより、たとえば船内電力を賄う発電機関に同機関を装備することにより、低圧かつ少量の燃料ガスを供給することが可能になる。

本発明に係る高圧ガス噴射ディーゼル機関は、液化ガスを気化させて得られるガスを燃料として運転され、上記のいずれか１項に記載されたガス燃料供給装置を備えていることを特徴とするものである。

このような高圧ガス噴射ディーゼル機関によれば、液化ガスを気化させて得られるガスを燃料として運転され、上記のいずれかに記載されたガス燃料供給装置を備えているので、往復式ポンプを駆動する油圧モータの回転速度が油圧ポンプの容量制御によってなされる。このため、減速機構や電動機の回転数制御が不要となり、かつ、往復式ポンプのガス危険区域内設置が容易になる。

本発明に係る液化ガス燃料供給方法は、高圧ガス噴射ディーゼル機関の燃焼室内へガス燃料を噴射するために液化ガスを高圧で供給する液化ガス燃料供給方法であって、電動機により駆動される可変容量型油圧ポンプから供給される油圧を受けて運転される油圧モータ駆動の往復式ポンプが、液化ガスを導入して所望の吐出圧力まで昇圧させるガス燃料昇圧工程と、前記往復式ポンプから供給される昇圧後の液化ガスを加熱してガス燃料を生成する加熱気化工程とを備え、前記油圧モータの回転速度を調整して前記往復式ポンプから前記加熱装置に供給される液化ガスの流量を制御しながら、前記燃焼室の入口近傍に設けたエンジン入口ガス減圧弁を操作して、前記燃焼室へ噴射するガス燃料圧力の調整が行われ、前記往復式ポンプで昇圧された液化ガスを前記加熱装置の上流側から分岐させて吸入ドラムに流す流量調整弁を備えた再循環ラインを用いて、前記油圧モータの回転速度を制御できない低速領域で前記往復式ポンプから前記加熱装置に供給される液化ガスの流量を絞る場合は、前記油圧モータを制御が可能な回転数領域に維持しながら、前記流量調整弁の開度を増して再循環流量を増すとともに、前記油圧ポンプユニットと前記油圧モータとの間を接続する油圧供給ラインから分岐して副油溜タンクに接続され、前記油圧供給ラインから前記副油溜タンクに向かう方向の油圧流れを阻止する逆止弁が設けられた真空防止ラインを用いて、前記油圧ポンプからの油圧油の供給がなくなった時に副油溜タンクから油圧油を吸い上げて前記油圧モータ内が真空になることを防止し、前記副油溜タンクを前記主油溜タンクと別体構造にして、前記副油溜タンクから油移送ポンプによって前記油圧油を前記主油溜タンクに戻すとともに、この戻される油圧油を冷却するようにしたことを特徴とするものである。

このような高圧ガス噴射ディーゼル機関の液化ガス燃料供給方法によれば、電動機により駆動される可変容量型油圧ポンプから供給される油圧を受けて運転される油圧モータ駆動の往復式ポンプが、液化ガスを導入して所望の吐出圧力まで昇圧させるガス燃料昇圧工程と、前記往復式ポンプから供給される昇圧後の液化ガスを加熱してガス燃料を生成する加熱気化工程とを備え、前記油圧モータの回転速度を調整して前記加熱装置のガス燃料出口圧力を一定に保ちながら、前記燃焼室の入口近傍に設けたエンジン入口ガス減圧弁を操作して、前記燃焼室へ噴射するガス燃料圧力の調整が行われるので、減速機構や電動機の回転数制御が不要となり、しかも、往復式ポンプのガス危険区域内設置が容易になる。
また、油圧モータの回転速度を制御できない低速領域や危急で液化ガス量を絞る場合には、流量調整弁の開度調整により再循環ラインを流れる再循環流量の制御による対応が可能となる。
しかも、油圧系統の緊急停止時等において、低圧ラインから油圧油を吸い上げることで油圧モータ内が真空になることを防止できる。

上述した本発明によれば、たとえば高圧ガス噴射型低速２サイクルディーゼル機関のように、燃焼室内に燃料ガスを高圧で供給して運転するような高圧ガス噴射ディーゼル機関において、油圧モータ駆動の往復式ポンプを用いて燃料の液化ガスを高圧化するので、往復式ポンプをガス危険区域へ容易に配置可能となる。
また、プーリー方式やギアード方式の減速機構がないため、ベルト交換やギア面摩耗に対するメンテナンス作業が不要となる。
さらに、電動機の回転数制御が不要な装置となるため、往復式ポンプを駆動する油圧モータの回転数は、低回転数領域から高回転数領域まで広範囲にわたる高精度の制御が可能になり、広範囲にわたる高精度の流量制御が可能になる。

本発明に係るガス燃料供給装置の一実施形態を示す系統図である。 横軸を運転点（ＯＰ）として、縦軸に往復式ポンプのポンプ負荷及び再循環制御弁（ＲＣＶ）開度を示す「機能１」の説明図である。 横軸を往復式ポンプのポンプ負荷として、縦軸に油圧ポンプの斜板角度を示す「機能２」の説明図である。

以下、本発明に係るガス燃料供給装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示す実施形態のガス燃料供給装置１０は、高圧ガス噴射ディーゼル機関の燃焼室内へ液化ガスを気化させた燃料ガスを噴射して供給する高圧モードを備えた装置である。本実施形態の高圧ガス噴射ディーゼル機関としては、たとえば高圧ガス噴射型低速２サイクルディーゼル機関（以下、「ＳＳＤ−ＧＩ」という。）がある。
なお、以下の説明においては、液化ガスを液化天然ガス（以下、「ＬＮＧ」という。）とし、ＬＮＧが気化した天然ガスを燃料ガスとするが、実施形態の装置は、たとえば液化石油ガス（ＬＰＧ）等の液化ガスを燃料とする機関にも適用可能である。

ガス燃料供給装置１０は、往復式ポンプ２０でＬＮＧを昇圧してから気化させた天然ガスを高圧ガス噴射機関の燃焼室内に噴射して供給するＬＮＧ燃料系と、往復式ポンプ２０を駆動する油圧モータ５０に油圧を供給する油圧系と、油圧モータ５０等の制御を行う制御部８０とを備えている。なお、図示の構成例では、ＬＮＧ燃料系及び油圧系が各々２組設置されているが、これに限定されることはない。

ＬＮＧ燃料系は、油圧モータ５０により駆動される往復式ポンプ２０を備えている。この往復式ポンプ２０は、略大気圧の状態にあるＬＮＧを導入し、所望の圧力まで昇圧して吐出するポンプである。往復式ポンプ２０の吸入側に接続されるＬＮＧ導入配管２１は、図示しないＬＮＧタンク等に接続されている。
往復式ポンプ２０の吐出側に接続されたＬＮＧ供給配管２２は、ポンプ側から順に配置された加熱装置３０及びエンジン入口ガス減圧弁（以下、「ガス減圧弁」という。）４０を備えている。

加熱装置３０は、往復式ポンプ２０から供給される昇圧後のＬＮＧを加熱して気化させる装置である。すなわち、加熱装置３０に流入した高圧のＬＮＧは、装置内で加熱されることにより、ＬＮＧが気化した天然ガスとして流出する。
加熱装置３０の出口近傍には圧力センサ３１が設けられており、この圧力センサ３１で検出した天然ガス出口圧力ＰＶが、ガス燃料出口圧力として制御部８０に入力される。
制御部８０は、天然ガス出口圧力ＰＶを予め定めた一定の圧力値に保つため、後述する油圧モータ５０の回転速度を調整する。

加熱装置３０から供給される天然ガスは、ガス減圧弁４０によって所望の圧力に調整された後、高圧の燃焼室内に噴射して供給される。すなわち、ガス減圧弁４０で調整される天然ガスの噴射（供給）圧力は、ピストンに圧縮されて高圧の状態にある燃焼室内に噴射するため、燃焼室内の圧力より高圧に設定する必要があり、このような高圧で燃焼室内へ天然ガスを噴射する運転モードを「高圧モード」と呼ぶ。なお、ＳＳＤ−ＧＩの場合、高圧モードにおける天然ガスの噴射圧力は、概ね１５０〜３００ｂａｒである。

ガス減圧弁４０は、上述した「高圧モード」に加えて、ガス燃料の天然ガスをガススパーク式オットーサイクルエンジンの燃料として供給する「低圧モード」を備えている。この「低圧モード」は、たとえば船内電力を賄う発電機関等に対してガス燃料を供給する場合に使用され、「高圧モード」と比較して低圧となる。

ＬＮＧ供給配管２２は、加熱装置３０の上流側から分岐する再循環ライン２３を備えている。この再循環ライン２３は、往復式ポンプ２０で昇圧されたＬＮＧを加熱装置３０の上流側から分岐させて吸入ドラム２４に流す配管系統であり、吸入ドラム２４の上流側には流量調整弁の再循環制御弁２５が設けられている。

このような再循環ライン２３を設けることにより、油圧モータ５０の回転速度を制御できない低速領域や危急でＬＮＧ流量を絞る場合には、流量調整弁２５の開度調整により再循環ライン２３を流れるＬＮＧ再循環流量を制御して対応することが可能になる。
具体的に説明すると、たとえば図２に示す説明図のように、ポンプ負荷の小さい低速領域では再循環制御弁２５の開度を増して再循環流量を確保し、すなわち、ポンプ負荷の小さい運転点ＯＰでは再循環流量を増すことにより往復動ポンプ２０を流れるＬＮＧの総流量を確保し、油圧モータ５０の制御が可能な回転数領域に維持する。また、危急でＬＮＧ量を絞る場合は、再循環制御弁２５の開度を増して加熱装置３０をバイパスする再循環流量を増加させ、加熱装置３０への供給量を制限すればよい。なお、図２の説明図は、図１の「機能１」に相当する。

吸入ドラム２４は、ＬＮＧ供給配管２２から分岐させて導入したＬＮＧを集め、往復式ポンプ２０の再循環吸入部に戻すＬＮＧ容器である。再循環ライン２３に導入されるＬＮＧの再循環流量は、制御部８０から出力される運転点ＯＰの制御信号に基づいて動作する再循環制御弁２５により調整される。この運転点ＯＰの制御信号は、たとえば機関回転数により与えられる設定点ＳＰと、圧力センサ３１で検出した天然ガス出口圧力ＰＶとに基づいて、制御部８０が出力する運転点を定めた開度信号である。
なお、この場合の設定点ＳＰは、上述した機関回転数のように、ガス減圧弁４０の制御性が高い圧力値となる変動値を採用してもよいし、あるいは、設定点ＳＰを固定値としてもよい。

油圧系は、図示しない電動機により駆動される可変容量型の油圧ポンプ５１を備え、この油圧ポンプ５１から油圧油供給配管（油圧供給ライン）５２を介して、往復式ポンプ２０を駆動する油圧モータ５０に油圧を供給する油圧ポンプユニット５３を備えている。
図示の油圧ポンプユニット５３は、一定速の電動駆動とした２台の油圧ポンプ５１を備えており、主油溜タンク５４から吸入した油圧油を昇圧して油圧モータ５０に供給する。ここで使用する油圧ポンプ５１は、たとえば斜板ポンプのような可変容量型とされ、一定速で回転しても斜板角度の調整等により、油圧油供給量を調整できるポンプである。
なお、油圧ポンプユニット５３の油圧ポンプ５１は、２台に限定されることはない。

図３の説明図は、油圧ポンプ５１を斜板式として２台併用する場合の制御例であり、図１の「機能２」に相当する。
第１の制御例は、往復式ポンプ２０のポンプ負荷を横軸とした場合、図中に実線で示すように、ポンプ負荷の変化に応じて２台の油圧ポンプ５１について斜板角度を同様に制御している。すなわち、２台併用する油圧ポンプ５１は、それぞれが必要な油圧量の５０％を分担している運転制御例である。
第２の制御例では、一方が実線表示の斜板角度に制御され、他方が破線表示の斜板角度に制御されている。この場合、２台の油圧ポンプ５１が異なる斜板角度に設定され、いずれか一方が油圧量の多くを供給し、他方が不足分を補うような運転制御となる。

油圧モータ５０を駆動した油圧油は、油圧油戻り配管５５を通って副油溜タンク５６に戻される。図示の副油溜タンク５６は主油溜タンク５４と別体構造とされ、両油溜タンク５４，５６間は、油圧油連結管５７により接続されている。
副油溜タンク５６内の油圧油は、重力により戻すことができない場合、油圧油連結管５７に設けた油移送ポンプ５８を運転して主油溜タンク５４に戻される。このとき、主油溜タンク５４に戻す油圧油は、油圧油連結管５７に設けた油冷却器５９を通すことにより冷却されて温度上昇が防止される。

主油溜タンク５４には、副油溜タンク５６から重力戻しができない場合や、副油溜タンク５６と一体構造の場合に使用するように、必要に応じて内部の油圧油を循環させて冷却する循環流路６０が設けられている。この循環流路６０には、油循環ポンプ６１及び油冷却器６２が設けられているので、主油溜タンク５４内の油圧油を内部循環させることにより、油冷却器６１を通して油温が上昇しないよう冷却することができる。

図示の油圧系には、油圧機器保護用の真空防止ライン６３が設けられている。この真空防止ライン６３は、油圧ポンプユニット５３と油圧モータ５０との間を接続する油圧油供給配管５２から分岐して低圧ラインの副油溜タンク５６に接続される配管である。
真空防止ライン６３の適所には、油圧油供給配管５２から副油溜タンク５６に向かう方向の油圧流れを阻止する逆止弁６４が設けられている。

このような真空防止ライン６３を設けたことにより、油圧系統の緊急停止時等においては、たとえば油圧ポンプ５１を停止した場合、油圧の供給がなくなっても油圧モータ５０が慣性力で回転するので、低圧の副油溜タンク５６から油圧油を吸い上げることで油圧モータ５０内が真空になることを防止できる。すなわち、通常の運転時は油圧ポンプ５１から油圧が供給されるため、逆止弁６４が閉じて油圧油供給配管５２から副油溜タンク５６に向かう流れは生じないものの、油圧油の供給がなくなった緊急停止時には油圧油供給配管５２内が負圧になって副油溜タンク５６から油圧油を吸い上げるので、油圧モータ５０内が真空になることを防止できる。

また、油圧ポンプ５１の出口付近には、危急再循環弁６５を備えた油圧油再循環ライン６６が設けられている。この危急再循環弁６５は、油圧油供給配管５２が所定値以上の高圧になった場合に開いて油圧油を正油溜タンク５４に戻し、油圧ポンプ５１及びその下流側の配管や油圧機器類を保護するものである。

図示の構成例では、往復式ポンプ２０、油圧ポンプユニット５３及び加熱装置３０を具備してなる複数のガス燃料供給系統を備えており、各ガス燃料供給系統の油圧系統が相互利用可能に接続されている。すなわち、互いの油圧油供給配管５２間が連絡供給配管６７により接続され、互いの油圧油連結管５７間が連絡戻し配管６８により接続されている。なお、連絡供給配管６７には開閉弁６９が設置され、連絡戻し配管６８には開閉弁７０が設置されている。なお、図中の符号７１は、油圧油を循環させるポンプである。
このようにして、連絡供給配管６７及び連絡戻し配管６８により油圧の相互利用を可能にしたので、万が一いずれか一方の油圧系が破損した場合でも、他方の油圧系から供給される油圧を使用して運転可能になるなど、油圧系統の冗長性が向上する。

上述したように、本実施形態のガス燃料供給装置１０は、油圧モータ５０により駆動されて導入したＬＮＧを所望の圧力まで昇圧して吐出する往復式ポンプ２０と、電動機により駆動される可変容量型の油圧ポンプ５１から油圧モータ５０に駆動用の油圧を供給する油圧ポンプユニット５３と、往復式ポンプ２０から供給される昇圧後のＬＮＧを加熱して気化させる加熱装置３０と、油圧モータ５０の回転速度を調整して加熱装置３０の天然ガス出口圧力ＰＶを一定に保つ制御部８０と、燃焼室内へ噴射する天然ガスの圧力を調整するガス減圧弁４０と、を備えているので、往復式ポンプ２０を駆動する油圧モータ５０の回転速度は油圧ポンプ５１の容量制御（油量制御）によって実施可能となる。

上述した制御部８０は、油圧ポンプ５１の可変容量制御により油圧モータ５０の回転速度を調整し、天然ガス出口圧力ＰＶを一定に保つ制御を行う。このため、油圧モータ５０の回転数は、低回転数領域から高回転数領域まで広範囲にわたる高精度の制御が可能になる。従って、往復式ポンプ２０から加熱装置３０に供給されるＬＮＧについても、高精度な流量制御が可能になるため、加熱装置３０から気化して流出する天然ガスの圧力、すなわち天然ガス燃料出口圧力ＰＶを高精度に制御することができる。
このように、油圧モータ５０の回転速度、往復式ポンプ２０の流量及び天然ガス出口圧力ＰＶは、互いに相関関係を有しているので、天然ガス出口圧力ＰＶを一定に保つ制御に代えて、油圧モータ５０の回転速度を制御対象としてもよい。

上述したガス燃料供給装置１０を用いてＳＳＤ−ＧＩにＬＮＧ燃料を供給するＬＮＧ燃料供給方法は、燃焼室内へ天然ガスを噴射して供給する高圧モードを備えている。
この高圧モードは、電動機により駆動される可変容量型の油圧ポンプ５１から供給される油圧を受けて運転される油圧モータ５０を駆動源とする往復式ポンプ２０が、ＬＮＧを導入して所望の吐出圧力まで昇圧させるガス燃料昇圧工程と、加熱装置３０が往復式ポンプ２０から供給される昇圧後のＬＮＧを加熱して天然ガスを生成する加熱気化工程と、を備えている。

そして、本実施形態のＬＮＧ燃料供給方法では、油圧モータ５０の回転速度を調整し、換言すれば、往復式ポンプ２０から加熱装置３０に供給するＬＮＧ量を調整し、加熱装置３０から流出する天然ガス出口圧力ＰＶを一定に保ちながら、燃焼室の入口近傍に設けたガス減圧弁４０を操作して、通常運転時に燃焼室へ噴射する天然ガス圧力の調整が行われる。
このようなＬＮＧ燃料供給方法を採用することにより、往復式ポンプ２０の運転には、機械的な減速機構や電動機の回転数制御が不要となり、しかも、往復式ポンプのガス危険区域内設置が容易になる。これは、油圧モータ５０の回転速度が、油圧ポンプ５１から供給される油量によって調整可能となるためである。

図１の具体例では、たとえば船舶の内部がバルクヘッドによりガス危険区画とガス安全区画とに分割され、電動機により駆動される油圧ポンプ５１をガス安全区画側に設置することができる。従って、油圧ポンプ５１を駆動する電動機には、通常の非防爆仕様で一定速のものを使用できるようになり、機器選択の自由度を増すことができる。

一方、ガス危険区画側に設置する油圧モータ５０は、電気を使用しない構造のため、設置上の制約を受けることはない。
すなわち、油圧モータ５０で駆動する往復式ポンプ２０と、油圧モータ５０に油圧を供給する油圧ポンプユニット５３との間は、互いを油圧油供給配管５２により接続して別置きすることが可能であるから、電気機器や減速機構のない往復式ポンプ２０は、ガス危険区域内への設置が容易になる。

そして、上述したガス燃料供給装置１０を備え、ＬＮＧのような液化ガスを気化させて得られるガスを燃料とする高圧ガス噴射ディーゼル機関は、減速機構や電動機の回転数制御が不要となり、かつ、往復式ポンプのガス危険区域内設置が容易になる。

このように、上述した本実施形態によれば、たとえばＳＳＤ−ＧＩのように、燃焼室内に天然ガス等の燃料ガスを高圧で供給して運転するような高圧ガス噴射ディーゼル機関において、油圧モータ駆動の往復式ポンプ２０を用いて燃料の液化ガスを高圧化するので、往復式ポンプ２０をガス危険区域へ容易に配置することが可能となる。また、プーリー方式やギアード方式のような機械式の減速機構がないため、ベルト交換やギア面摩耗に対するメンテナンス作業が不要となる。

さらに、油圧ポンプ５１に電動機を使用するものの、電動機の回転数制御が不要な装置となるため、往復式ポンプ２０を駆動する油圧モータ５０の回転数は、低回転数領域から高回転数領域まで広範囲にわたる高精度の制御が可能になり、広範囲にわたる高精度の流量制御が可能になる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、たとえば船舶の推進用主機以外にもＬＮＧ浮体や陸上ＬＮＧ基地等の発電機駆動用機関に適用可能であり、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

１０ ガス燃料供給装置
２０ 往復式ポンプ
２３ 再循環ライン
２４ 吸入ドラム
２５ 再循環制御弁（流量調整弁）
３０ 加熱装置
４０ エンジン入口ガス減圧弁（ガス減圧弁）
５０ 油圧モータ
５１ 油圧ポンプ
５２ 油圧供給ライン
５３ 油圧ポンプユニット
５４ 主油溜タンク
５６ 副油溜タンク
５７ 油圧油連結管
５８ 油移送ポンプ
５９ 油冷却器
６３ 真空防止ライン
６４ 逆止弁
６７ 連絡供給配管
６８ 連絡戻し配管
８０ 制御部

Claims (6)

1. 高圧ガス噴射ディーゼル機関の燃焼室内へ燃料ガスを噴射するために液化ガスを高圧で供給するガス燃料供給装置であって、
   油圧モータにより駆動されて導入した液化ガスを所望の圧力まで昇圧して吐出する往復式ポンプと、
   電動機により駆動されて主油溜タンクから油圧油を吸入する可変容量型の油圧ポンプから前記油圧モータに駆動用の油圧を供給する油圧ポンプユニットと、
   前記往復式ポンプから供給される昇圧後の液化ガスを加熱して気化させる加熱装置と、
   前記油圧モータの回転速度を調整して前記往復式ポンプから前記加熱装置に供給される液化ガスの流量を制御する制御部と、
   前記燃焼室内へ噴射するガス燃料圧力を調整するエンジン入口ガス減圧弁と、
   前記往復式ポンプで昇圧された液化ガスを前記加熱装置の上流側から分岐させて吸入ドラムに流す流量調整弁を備えた再循環ラインと、
   を備え、
   前記油圧モータの回転速度を制御できない低速領域で前記往復式ポンプから前記加熱装置に供給される液化ガスの流量を絞る場合は、前記油圧モータを制御が可能な回転数領域に維持しながら、前記流量調整弁の開度を増して再循環流量を増すように構成され、
   前記油圧ポンプユニットと前記油圧モータとの間を接続する油圧供給ラインから分岐して副油溜タンクに接続され、前記油圧供給ラインから前記副油溜タンクに向かう方向の油圧流れを阻止する逆止弁を設けた真空防止ラインを備え、
   前記副油溜タンクは、前記主油溜タンクと別体構造であり、これら両油溜タンク間は油圧油連結管により接続され、前記油圧油連結管に、前記副油溜タンクの油圧油を前記主油溜タンクに戻す油移送ポンプと、この戻される油圧油を冷却する油冷却器とが設けられているガス燃料供給装置。
2. 前記制御部は、前記油圧ポンプの可変容量制御により前記油圧モータの回転速度を調整して前記ガス燃料出口圧力を一定に保つことを特徴とする請求項１に記載のガス燃料供給装置。
3. 前記往復式ポンプ、前記油圧ポンプユニット及び前記加熱装置を具備してなる複数のガス燃料供給系統を備え、各ガス燃料供給系統の油圧系統が相互利用可能に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載のガス燃料供給装置。
4. 前記エンジン入口ガス減圧弁は、前記高圧ガス噴射ディーゼル機関の燃焼室内へ前記ガス燃料を噴射する高圧モードと、前記ガス燃料をガススパーク式オットーサイクルエンジンの燃料として供給する低圧モードとを備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のガス燃料供給装置。
5. 液化ガスを気化させて得られるガスを燃料として運転され、請求項１から４のいずれか１項に記載されたガス燃料供給装置を備えていることを特徴とする高圧ガス噴射ディーゼル機関。
6. 高圧ガス噴射ディーゼル機関の燃焼室内へガス燃料を噴射するために液化ガスを高圧で供給する液化ガス燃料供給方法であって、
   電動機により駆動される可変容量型油圧ポンプから供給される油圧を受けて運転される油圧モータ駆動の往復式ポンプが、液化ガスを導入して所望の吐出圧力まで昇圧させるガス燃料昇圧工程と、
   前記往復式ポンプから供給される昇圧後の液化ガスを加熱装置で加熱してガス燃料を生成する加熱気化工程と、を備え、
   前記油圧モータの回転速度を調整して前記往復式ポンプから前記加熱装置に供給される液化ガスの流量を制御しながら、前記燃焼室の入口近傍に設けたエンジン入口ガス減圧弁を操作して、前記燃焼室へ噴射するガス燃料圧力の調整が行われ、
   前記往復式ポンプで昇圧された液化ガスを前記加熱装置の上流側から分岐させて吸入ドラムに流す流量調整弁を備えた再循環ラインを用いて、前記油圧モータの回転速度を制御できない低速領域で前記往復式ポンプから前記加熱装置に供給される液化ガスの流量を絞る場合は、前記油圧モータを制御が可能な回転数領域に維持しながら、前記流量調整弁の開度を増して再循環流量を増すとともに、
   前記油圧ポンプユニットと前記油圧モータとの間を接続する油圧供給ラインから分岐して副油溜タンクに接続され、前記油圧供給ラインから前記副油溜タンクに向かう方向の油圧流れを阻止する逆止弁が設けられた真空防止ラインを用いて、前記油圧ポンプからの油圧油の供給がなくなった時に副油溜タンクから油圧油を吸い上げて前記油圧モータ内が真空になることを防止し、
   前記副油溜タンクを前記主油溜タンクと別体構造にして、前記副油溜タンクから油移送ポンプによって前記油圧油を前記主油溜タンクに戻すとともに、この戻される油圧油を冷却するようにした高圧ガス噴射ディーゼル機関の液化ガス燃料供給方法。

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